计算机组成原理期末复习资料

《计算机组成原理》期末复习资料（一）复习资料及试题汇编(00.1-01.7)一、数据表示、运算和运算器部件1.将十进制数+107/128和-52化成二进制数，再写出各自的原码、反码、补码表示（符号位和数值位共8位）。解：+107/128=+6BH/80H=+1101011B/10000000B=+0.1101011–52=-34H=–110100原码0110101110110100反码0110101111001011补码01101011110011002.判断下面的二元码的编码系统是有权还是无权码，写出判断的推导过程。十进制数二元码的编码00000101112011030101401005101161010710018100091111解：设4位二元吗每位分别为ABCD，且假定其为有权码。则从4的编码0100可求得B的位权为4；从8的编码1000可求得A的位权为8；从7的编码1001可求得D的位权为-1；从6的编码1010可求得C的位权为-2；再用ABCD的位权分别为84-2-1来验证112359的编码值，结果均正确。所以，该编码系统为有权码。3.说明海明码纠错的实现原理。为能发现并改正一位、也能发现二位错，校验位和数据位在位数上应满足什么关系？解：(1)海明码是对多个数据位使用多个校验位的一种检错纠错编码方案，。它是对每个校验位采用偶校验规则计算校验位的值，通过把每个数据位分配到几个不同的校验位的计算中去。若任何一个数据位出错，必将引起相关的几个校验位的值发生变化，这样也就可以通过检查这些校验位取值的不同情况，不仅可以发现是否出错，还可以发现是哪一位出错，从而提供了纠错检错的可能。(2)设数据位为k，校验位为r，则应满足的关系是2r-1>=k+r。4.什么叫二-十进制编码？什么叫有权码和无权码？够举出有权、无权码的例子。解：(1)二-十进制编码通常是指用4位二进制码表示一位十进制数的编码方案。(2)有权码是指4位二进制码中，每一位都有确定的位权，4位的位权之和代表该十进制的数值。例如8421码从高到低4位二进制码的位权分别为8、4、2、1；无权码则相反，4位二进制码中，每一位都没有确定的位权，只能用4位的总的状态组合关系来表示该十进制数值。例如循环码就找不出4个二进制位中的每一位的位权。5.已知：[X]补=010111101,[Y]补=011010101,计算[X+Y]补，[X-Y]补。并判断溢出。解：[-Y]补=/[y]补+1=100101010+1=1001010110010111101（+189）+）0011010101（+213）10010010（+402）∴[X+Y]补=[X]补+[Y]补=0110010010,结果出现上溢。0010111101（+189）+)1100101011（-213）11101000（-24）∴[X-Y]补=[X]补-[-Y]补=1111101000，计算结果无溢出。6.已知：X=0.1101,Y=-0.1011，利用原码一位乘法实现X*Y。解：高位部分积低位部分积/乘数0000001011+）001101001101→0001101101+）001101010011→0010011110+）000000001001→0001001111+）001101010001→0010001111结果符号位为负，∴X*Y=100011117.P91例题8.设A=–0.101101*2-3,B=0.101001*2-2,先将A、B表示为规格化的浮点数。要求阶码用4位（含阶符号）移码表示，尾数用8位（含浮点数的符号）原码表示，再写出A+B的计算步骤和每一步的运算结果。解：-0.101101*2-3的浮点数的格式为：101011011010或0101110110100.101001*2-2的浮点数的格式为：001101010010或011001010010计算A+B：（双符号位补码相加）（1）求阶差：|△E|=|0101-0110|=0001（2）对阶：A变为1011001011010（3）尾数相加：1110100110（补码）+001010010000100101（4）规格化：左规，尾数为01001010，阶码为0101（5）无舍入操作，也没有溢出。计算结果为：001011001010，即+1001010*2-39.浮点数阶码选用移码表示有何优点？浮点数表示中的隐藏位技术的作用是什么？在什么时刻完成对隐藏位的处理？当尾数选用补码表示时，如何表示十进制数-0.5,才能满足规格化表示的要求。题，使系统具有主存容量和接近于Cache速度；虚拟存储器-主存层次结构用于解决主存容量小、运行成本高的问题，使系统具有辅存容量和接近主存速度，且造价和运行成本低。(2)使用多体结构的目的是：实现主存储器的并行读写，即在一个存取周期或略多的时间内并行读取多个字，以提高数据的传输速度。3.DRAM和SRAM器件的特性有那些主要区别？各自主要应用在什么地方？（略P266）4.说明主存储器、高速缓存、虚存各自的组成及优缺点。解：（1）组成：主存储器通常由动态存储器DRAM芯片组成；高速缓存是由静态存储器SRAM组成；而虚存是由快速磁盘设备中的一片存储区组成。（2）比较：1）在存取时间上高速缓存最快，虚存最慢，主存在其间；2）在处处容量上高速缓存最小，虚存最大，而主存在其间；3）在存储成本上高速缓存最高，虚存最低，而主存在其间。5.说明高速缓存的组成、工作原理、映像方式、优缺点。衡量高速缓存的最重要的指标是什么？解：(1)高速缓存是由容量小、速度块的静态存储器器件组成。其工作原理如下：1）CPU将主存信息读入CPU的同时也写入Cache的数据字段，并将该数据所对应的主存地址写入标志字段。2）CPU下次访问主存时，先将该地址与标志字段的内容相比较，若地址值相同，则数据内容即为要读的数据，可直接访问Cache，且有效位字段置1（命中）；否则，再访问主存，有效位字段置0。3）利用算法将非命中的数据逐步替换掉。4）根据局限性原理，CPU访问的绝大部分信息可直接从Cache中得到。(2)映像方式有：1）全相联映像，即将主存的一个字块可以映像到整个Cache的任何一个字块。灵活性大，但线路过于复杂，成本太高；2）直接映像，即将主存的一个字块只能映像到Cache的确定一个字块。线路简单，成本低，但灵活性差，影响命中率；3）多组相联映像即将Cache分为若干组，每个组含若干个多体。是前两着方式的折中方案，命中率较高，线路也不太复杂。（3）衡量高速缓存的最重要的指标是它的命中率。6.说明一次性写光盘的组成与工作原理。解：(1)由光盘机和盘片组成。其中光盘机由激光器、光束分离器、光聚焦镜、主轴驱动机构、读写头及寻道定位机构组成，盘片由基板、铝质反射层和薄金属膜组成。(2)工作原理：激光器产生一定强度的激光束，经光束分离器将激光束分离为写光束和读光束两部分。写入时，写光束通过跟踪反射镜和聚焦镜实现寻道定位，将很细的光束照射到指定光盘位置，在金属膜上融化出一个小坑，表示已完成1信号的写入；读出时，读光束也照射到该光盘位置，将是否有无小坑通过反射光的强弱并光电转换器还原为1、0信号。7.使用磁盘阵列的目的是什么？RADI0……各有什么样的容错能力？解：(1)使用磁盘阵列的目的是通过多个统一管理和调度的物理盘，得到比单个磁盘高大的存储容量、更快的读写速度、更高的容错能力和更好的性能价格比。(2)RAID0无容错能力；RADI1是镜像工作方式，每个数据都写到两个磁盘中，容错能力强；RADI4和RADI5都是拿出N个磁盘总容量的1/N保存奇偶校验信息，有容错能力，磁盘存储容量的有使用效率也较高。8.用16K*8的SRAM实现64k*16的主存系统，按字寻址，设计该主存的逻辑图，并说明总线和数据总线的位数，该存储器16位字长CPU的连接关系。解：(1)逻辑图(2)用4片16k*8的SRAM可实现字扩展，2片实现位扩展，故共需要8片SRAM。要寻址64K字，内存地址应为16位。CPU与内存字长为16位，故数据总线也应为16位。四、输入/输出设备与输入/输出系统1.比较针式、喷墨和激光打印机的优缺点和主要应用场合。解：(1)针式打印机的印字机械装置是多个用电磁铁控制的打印针。打印速度慢，噪声大，打印质量一般。多用于质量要求不高且希望价格较低的场合。(2)喷墨打印机是非击打式打印机。打印速度较快，噪声低，打印质量较高。多用于彩色打的场合。(3)激光打印机也是非击打式打印机。打印速度更快，噪声低，打印质量更高。多用于要求打印质量较高的场合，高档的激光打印机在电子照排印刷系统中得到了普遍的应用。2.说明激光打印机的原理性组成及完成打印操作的运行过程。解：(1)组成：带电器、记录鼓、印字机控制器、碳粉盒、打印纸及走纸机构、激光扫描系统、转印装置以及加热部分等。(2)运行过程：带电器将记录鼓表面渡有一层感光材料且充满一层电荷。由印字控制器将要打印的内容形成点阵信息脉冲控制激光器系统输出激光束，对作圆周运动的记录鼓进行横向重复扫描。扫描时激光器对鼓表面进行有选择地暴光（照相）。被暴光部分释放电荷，而未暴光部分仍保留电荷并使鼓表面形成“潜像”（潜影）。当记录鼓转到碳粉盒时，带静电电荷的潜像部分（信息区域）被吸附上碳粉（显影）。因打印纸的背面施以反向静电荷，则鼓表面上的碳粉由转印装置被吸附在打印纸上（转印）。碳粉经加热部分加热后将融化烘干后凝沾在打印纸上（定影）。记录鼓每旋转一周打印一页内容。在打印下一之页前清除掉鼓表面的碳粉和残余的电荷。3.说明通用可编程输入/输出接口中应包括哪些组成部件及各自的功能，并解释通用和可编程的含义。解：(1)通用可编程接口的组成与功能：1）设备识别电路，用于CPU寻找要用的设备；2）控制命令寄存器，用于存放CPU的控制命令；3）状态寄存器，用于指出接口设备的运行状态；4）数据缓冲寄存器，用于解决CPU与设备间交换数据时的速度匹配；5）中断逻辑电路，用于记忆中断请求、处理中断屏蔽、响应中断及中断处理等。(2)通用是指该接口电路具有多功能和用法；可编程是指可利用指令对该接口的功能、运行方式及控制参数进行设置。4.说明DMA接口的组成与功能以及与通用接口的比较。解：(1)DMA的组成与功能：1）主存地址计数器，用于存放主存地址；2）数据数量计数器，用于存放传送数据的数量；3）控制状态逻辑，用于修改主存地址计数器和数据数量计数器、指定传送功能及协调CPU和DMA信号的配合与同步；4）请求触发器，用于接收和记忆设备送来的请求数据传送的信号；5）数据缓冲寄存器，用于存放高速设备与主存间的数据；6）中断机构，用于实现中断处理。(2)结构相似的是中断机构、数据缓冲寄存器和控制状态逻辑；其余结构不同。5.比较程序直接控制、程序中断传送和直接存储器访问方式在完成输入输出操作时的优缺点。解：(1)程序查询方式是指在用户程序中直接使用I/O指令完成输入输出操作。它由CPU通过查询设备的运行状态来控制传送过程。优点是硬件简单，缺点是CPU速度快，外设慢，其绝大多数时间都花费在查询等待上，因此严重影响系统运行性能。(2)程序中断方式是指由被读写的设备主动向CPU报告是否已进入准备好状态，这样CPU不必花费时间去循环测试，从而提高了系统的总体运行性能，即CPU可与外设输入输出并行工作。(3